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報告書

概要調査段階における設計・性能評価手法の高度化,3; NUMO-JAEA共同研究報告書(2013年度)(共同研究)

柴田 雅博; 澤田 淳; 舘 幸男; 牧野 仁史; 若杉 圭一郎; 三ツ井 誠一郎; 北村 暁; 吉川 英樹; 小田 治恵; 石寺 孝充; et al.

JAEA-Research 2014-030, 457 Pages, 2015/03

JAEA-Research-2014-030.pdf:199.23MB

原子力機構(JAEA)がこれまで蓄積してきた技術やノウハウを、原子力発電環境整備機構(NUMO)が今後行う精密調査地区の選定等の処分事業に適用できるよう、実施主体の視点に沿って実用化を図っていくための具体的な考え方と進め方を策定すること等を目的として、2011年度よりJAEAとNUMOは以下の3つのテーマについて共同研究を進めている。(1)水理の観点からみた母岩の適性を評価する方法に関する検討: 水理地質構造モデル構築手法の事例調査に基づいて、得られた知見を評価ツリーとして整理し、モデルの不確実性やそれらの評価項目への影響等についての検討を行った。(2)シナリオの構築方法に関する検討: 状態設定手順を実務的な観点から、さらに見直すとともに、セメント影響とガラス溶解挙動について、知見の体系的な整理と不確実性の影響について解析的検討を行った。(3)核種移行パラメータの設定方法に関する検討: 母岩の分配係数を対象に、国内外の事例調査をもとに複数の設定手法を整理し、堆積岩及び花崗岩への適用を通じ妥当性や課題を確認した。溶解度について、溶解度制限固相の決定を含む設定手法を検討し、主要核種への適用を通じ妥当性や課題を確認した。

報告書

概要調査段階における設計・性能評価手法の高度化,2; NUMO-JAEA共同研究報告書(2012年度)(共同研究)

柴田 雅博; 澤田 淳; 舘 幸男; 早野 明; 牧野 仁史; 若杉 圭一郎; 三ツ井 誠一郎; 小田 治恵; 北村 暁; 大澤 英昭; et al.

JAEA-Research 2013-037, 455 Pages, 2013/12

JAEA-Research-2013-037.pdf:42.0MB

原子力機構(JAEA)及び原子力発電環境整備機構(NUMO)は、平成24年度に引き続き、JAEAがこれまで蓄積してきた技術やノウハウを、NUMOが今後行う精密調査地区の選定等の処分事業に直接適用できるよう、実施主体の視点に沿って実用化を図っていくことを目的として、概要調査段階における処分場の設計・性能評価に関連する主要な技術テーマについて検討した。(1)水理の観点からみた母岩の適性を評価する方法に関する検討については、平成24年度に引き続き、結晶質岩を対象とした地下水移行時間の評価ツリーを拡充するとともに、新たに堆積岩を対象とした評価ツリーを作成した。(2)シナリオの構築に関する検討については、平成24年度の状態設定手順を実務的な観点から見直し、緩衝材を対象として試行した。また、安全機能への不確実性の影響について解析的検討を行った。(3)核種移行パラメータの設定に関する検討については、母岩の分配係数を対象に、国内外の事例調査をもとに複数の条件変換手法を含む設定手法を整理し、堆積岩及び花崗岩への適用を通じ妥当性や課題を確認した。さらに、溶解度について、溶解度制限固相の決定を含む設定手法を検討し、主要核種への適用を通じ妥当性や課題を確認した。

報告書

高レベル放射性廃棄物処分場を対象とした隆起・侵食および気候・海水準変動による影響評価手法の検討; わが国における河川侵食による地形変化モデルの構築

注連本 英典; 山口 正秋; 若杉 圭一郎; 柴田 雅博

JAEA-Research 2013-012, 35 Pages, 2013/10

JAEA-Research-2013-012.pdf:8.16MB

本研究では天然現象のうち隆起・侵食/気候・海水準変動事象に着目し、地下深部に設置された処分場が地表に近接した場合の影響を定量的に評価すべく、わが国における侵食作用の中で主要、かつ速度が大きいと考えられる河川の侵食作用に注目し、河川侵食により生じる地形変化の概念モデルを流域により異なる河川侵食/堆積のシステムごとに構築した。河川侵食による地形変化の概念モデルは、これまで未着手であった河川の下流$$sim$$河口部、及び源流部を対象として、過去12万年程度の隆起・侵食及び気候・海水準変動の影響による河川の地形変化の記録を模式化することにより概念モデルを構築した。さらに、処分場の地表近接プロセスの評価において必要となる侵食量を見積もるために、沖積層の情報をもとに河川の流路付近の下刻及び側方侵食の深さと幅を分析し、モデルにおけるディメンジョンの設定方法を例示した。源流部の概念モデルでは、中部山岳地帯のDEMデータをもとに谷に関するディメンジョンを例示した。以上の検討を通じて、わが国の河川侵食の特徴を踏まえた地形変化の概念モデルの開発と、河川侵食による処分場の地表近接による影響を評価するための基盤情報を整備した。

論文

Bounding analysis of uplift and erosion scenario for an HLW repository

若杉 圭一郎; 仲島 邦彦*; 注連本 英典; 柴田 雅博; 山口 正秋

Proceedings of 21st International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-21) (DVD-ROM), 9 Pages, 2013/07

我が国において隆起・侵食は、不回避な天然現象の一つとしてシナリオで考慮する必要がある。また、現時点では評価時間のCut-offが定められていないため、超長期の影響も含めた隆起・侵食シナリオに対する評価の信頼性向上が求められている。このため、本研究では、我が国の地質・地形的特徴を考慮したより現実的な評価モデルを設定し、隆起と河川侵食を考慮した安全評価を実施した。さらに、仮想的な線量基準を満たすパラメータの組合せを把握するために、隆起・侵食速度及び透水量係数に着目したBounding解析を実施した。その結果、本解析条件のもとでは、余裕深度処分の安全評価基本シナリオへの線量目安値(10$$mu$$Sv/y)を満たすパラメータの組合せは見いだせなかったものの、すべてのケースにおいて、変動ケースの目安値である300$$mu$$Sv/yを下回った。さらに詳細分析から、EBSからの放出を加速させても、母岩の安全機能により、核種が処分場近傍に留まることが示された。この結果、隆起・侵食の影響は、原則的に適切なサイト選定と設計によって回避されるべきであり、処分場が地下深部に留まっている間の核種の減衰を期待するしかないことが再確認された。

報告書

人工バリアシステムの安全機能の多重性に関する考察

若杉 圭一郎; 小尾 繁*; 柴田 雅博

JAEA-Research 2011-006, 31 Pages, 2011/06

JAEA-Research-2011-006.pdf:2.37MB

地層処分の安全評価では、国際的に合意された方法論に則りシナリオやモデルを構築し、これを用いて安全性が確保されていることを影響解析により確認してきたが、システム全体で安全確保を達成することが地層処分の基本概念であるため、個別の安全機能の性能やその多重性について研究された例は少なかった。このため、本研究では、地層処分の安全機能の多重性について理解するため、安全機能の個別の性能や相互補完の関係を明らかにするための手法を構築するとともに、これに基づき、人工バリアの安全機能に着目し検討を行った。その結果、安全機能を一つだけ考慮する場合、ガラスの溶解速度は線量を大きく低減させた。さらに、安全機能間の相対的重要度の関係や安全機能の相互補完の組合せを明らかにした。さらに、安全機能が発揮される条件を定量的に把握するために、上述の離散的な解析を補完したBounding Analysisを実施した。その結果、ガラスの閉じ込め性能と緩衝材の閉じ込め性能のそれぞれが発揮される条件を明らかにした。このような知見は、地層処分システムを構成するシステム要素の安全機能に対する性能要求を検討するうえで、重要な知見になると考えられる。

報告書

Horonobe Underground Research Laboratory Project; Synthesis of phase I investigation 2001 - 2005, Volume "Geological disposal research"

藤田 朝雄; 谷口 直樹; 松井 裕哉; 棚井 憲治; 前川 恵輔; 澤田 淳; 牧野 仁史; 笹本 広; 吉川 英樹; 柴田 雅博; et al.

JAEA-Research 2011-001, 193 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2011-001.pdf:5.23MB

本報告書では、堆積岩で塩水系地下水を対象とした幌延深地層研究計画において段階的に得られる地質環境条件を一つの適用例として、第1段階である地上からの調査で得られた情報をもとに処分場の設計技術や性能評価技術それぞれの適用性について論じるとともに、必要に応じて実施した技術の改良や代替技術の開発状況を取りまとめた。

報告書

幌延深地層研究計画における地上からの調査研究段階(第1段階)研究成果報告書; 分冊「地層処分研究開発」

藤田 朝雄; 谷口 直樹; 松井 裕哉; 棚井 憲治; 西村 繭果; 小林 保之; 平本 正行; 前川 恵輔; 澤田 淳; 牧野 仁史; et al.

JAEA-Research 2007-045, 140 Pages, 2007/03

JAEA-Research-2007-045-1.pdf:38.33MB
JAEA-Research-2007-045-2.pdf:44.62MB

本報告書では、堆積岩で塩水系地下水を対象とした幌延深地層研究計画において段階的に得られる地質環境条件を一つの適用例として、第1段階である地上からの調査で得られた情報をもとに処分場の設計技術や性能評価技術それぞれの適用性について論じるとともに、必要に応じて実施した技術の改良や代替技術の開発状況を取りまとめた。処分技術の信頼性向上では、最新の知見を踏まえ第2次取りまとめにおいて示された処分場全体設計フローの更新や人工バリアなどの設計手法の詳細化、並びに設計における地質環境条件の一般的な留意点や設計入力データ項目について整理を行った。また、これらを踏まえ、幌延の地質環境条件を一例とした場合の施設設計,人工バリア設計及び閉鎖設計を通じて第2次取りまとめで採用された設計手法が適用可能であることがわかった。安全評価手法の高度化については、第2次取りまとめにおいて示された安全評価手法を実際の地質環境に適用するために必要な具体的な作業をフローとして構築した。これに基づき、幌延の地質環境条件を一例として物質移行解析を行い、これらの検討を通じて第2次取りまとめの手法を堆積岩地域に適用した場合の調査から解析・評価に至る一連の方法論及び、その過程で得られるノウハウや知見,調査や解析上の留意点を整理した。

論文

安全評価モデルの体系化・高度化に関する研究

前川 恵輔; 澤田 淳; 原 彰男; 武部 篤治; 牧野 仁史; 若杉 圭一郎; 加藤 智子; 江橋 健; 柴田 勝志*

放射性廃棄物安全研究年次計画(平成13年度$$sim$$平成17年度)研究成果報告集, p.117 - 129, 2006/03

サイトが特定された場合に得られると考えられる個々の地質環境の特性やそれに基づく設計情報及び地表環境条件を的確に安全評価に反映することにより、より現実的で詳細な評価ができる安全評価モデルを構築し、安全裕度の把握や安全評価手法の信頼性向上に資することを目的に研究を実施した。人工バリア中核種移行解析モデルにおいてより詳細にモデル化するべきプロセスを整理し、複数の廃棄体を考慮することにより生ずる廃棄体間の濃度干渉効果、及び掘削影響領域での核種移行プロセスを詳細にモデル化するべき対象として抽出した。これらのプロセスに対して、モデル化検討を行った結果、「人工バリア周辺母岩中の地下水流動や核種移行特性の不均質性を考慮可能な廃棄体間濃度干渉モデル化手法の開発」や「人工バリアとその周辺の掘削影響領域における核種移行の二次元的な解析における計算精度の向上の見通しの取得」等の見通しを得た。「生物圏評価モデルの高度化」については、海域及び土壌をGBIとした生物圏評価のコンパートメントモデルの検討、及び実際の地表環境条件に対する既存のモデル化手法の適用性の検討により、生物圏評価の手法の高度化に向けての課題・問題点を明らかにすることができた。また、今後のデータ取得・整備の優先度などを考えるうえでの基盤的な情報を得ることができた。また、安全評価手法体系化については、重要となる方法論や必要となる技術を明らかにするとともに、技術情報やその流れを管理・運用するための技術情報管理システムの操作性の向上を図ることができた。

報告書

地質環境の調査から物質移行解析にいたる一連の調査・解析技術; 2つの深地層の研究施設計画の地上からの調査研究段階(第1段階)における地質環境情報に基づく検討

牧野 仁史; 澤田 淳; 前川 恵輔; 柴田 雅博; 笹本 広; 吉川 英樹; 若杉 圭一郎; 小尾 繁*; 濱 克宏; 操上 広志; et al.

JNC-TN1400 2005-021, 148 Pages, 2005/09

JNC-TN1400-2005-021.pdf:22.58MB

実際の地質環境を対象とした物質移行解析に係わる技術基盤の検討として,2つの深地 層の研究施設計画から得られた地質環境情報を活用して一連の作業の枠組みを検討した。この検討を通じて、枠組みとなる作業のフローを作成しその有効性を確認した。さら に、そのフローに従った作業を実際の地質環境の情報を用いて行うことにより、作業 内容の具体化とともに、個々の作業および作業全体の向上に必要となる課題を明らか にすることができた。

論文

技術情報統合システム(JGIS)開発への取り組み

柴田 勝志; 牧野 仁史; 若杉 圭一郎; 内田 雅大

サイクル機構技報, (21), p.79 - 88, 2003/12

地層処分研究開発は,地質環境調査・処分(設計)技術・安全評価の3分野から成り立っている。今後,この3分野が連携して研究が繰り返されることで生ずる技術的な情報の量的な増加と質的な多様化・複雑化の加速に対応していかねばならない。この課題に対応するために,技術的な情報を適切に登録・更新することができ,その技術的な情報を効率的・効果的に共有・利用できる環境を整備する必要がある。この環境を実現する技術情報統合システムの開発への取り組みを紹介する。

論文

Development of JNC Geologic Disposal Technical Information Integration System -An Approach to Integrate and Share Technical Information among Safety Assessment, Repository Design and Site Investigatio

内田 雅大; 牧野 仁史; 若杉 圭一郎; 柴田 勝志

OECD/NEA Amigo Project 第1回ワークショップ, 0 Pages, 2003/00

サイクル機構においては、地層処分研究において調査・設計・安全評価の3分野の連携を円滑に進めるため、技術情報統合システムの開発を進めている。システムは、リレーショナル型データベースとユーティリティから構成され、データベースは調査・設計・安全評価の情報の流れを、作業者の視点から整理した「ワークフロー」と評価者の視点から整理した「現象・特性フロー」に沿って整理・表示可能な設計となっている。プロジェクト管理を行う上では、両方のフローから行うことが可能となっている。今後は、東濃・幌延の両地下研究施設から得られるデータに基づき行われる設計手法・安全評価手法の適用性の確認に活用していく。

論文

Benchmark experiment on silicon carbide with D-T neutrons and validation of nuclear data libraries

前川 藤夫; 落合 謙太郎; 柴田 圭一郎*; 春日井 好己; 和田 政行*; 森本 裕一*; 竹内 浩

Fusion Engineering and Design, 58-59, p.595 - 600, 2001/11

 被引用回数:11 パーセンタイル:33.37

核融合炉の低放射化構造材料として考えられているSiCについて、原研FNSのD-T中性子源を用いた中性子工学ベンチマーク実験を行った。断面積457$$times$$457mm,厚さ711mmの実験体系に14-MeV中性子を入射し、体系内において中性子及び$$gamma$$線に関する諸量を測定した。実験解析をMCNP-4B輸送計算コード、及びJENDL3.2, JENDL Fusion File, FENDL/E-1.0, FENDL/E-2.0の評価済み核データファイルを用いて行い、これら核データの精度評価を行った。その結果、(1)FENDL/E-1.0はkeV$$sim$$MeVエネルギーの中性子束を大幅に過小評価する。(2)FENDL/E-2.0は1MeV以上の中性子束を深さとともに多少低めに計算する一方、(3)JENDL-3.2とJENDL Fusion Fileは全体にわたり実験値と良い一致することがわかった。

論文

Neutronics analysis of the ITER NB system; Nuclear responses of the components and shutdown dose around the NB injector

柴田 圭一郎*; 真木 紘一*; 井上 多加志*; 花田 磨砂也; 奥村 義和; 山下 泰郎*

Fusion Engineering and Design, 51-52, p.357 - 362, 2000/11

 パーセンタイル:100

ITERのNB装置は50MW,1MeVのD$$^{0}$$ビームをプラズマに入射し、プラズマ加熱,電流駆動のほか、プラズマに回転力を与える。ビームは、NBダクト及び幅0.58m高さ0.915mの断面を有する斜入射水平ポートからプラズマに入射される。NBダクトをストリーミングした核融合中性子及び$$gamma$$線により、加速管中のセラミックス絶縁材及び永久磁石等のNB構成機器が損傷を受ける。又、プラズマからの放射線照射によりNB構成機器が放射化される。そこで、今回の解析では、NB構成機器の核特性及び運転停止後のNB入射装置周囲の線量を二次元THIDAコードシステムにより求め、その計算精度を三次元モンテカルロMCNP-4Aを用いて評価した。ITER寿命中における絶縁材及び永久磁石の劣化は問題にならず、NB入射装置周囲の線量は40$$mu$$Sv/hとなり、人間による直接保守作業が可能であると考えられる。

論文

Radiation analysis of the ITER neutral beam system

井上 多加志; 柴田 圭一郎*; E.DiPietro*; 藤原 幸雄; R.S.Hemsworth*; E.Hodgson*; 飯田 浩正; A.Krylov*; P.L.Mondino*; 奥村 義和; et al.

Fusion Technology 1998, 1, p.411 - 414, 1998/00

ITER EDA開始当初から中性粒子ビーム(NB)システムの放射線解析を行い、適当な遮蔽を組み込んで設計を行ってきた。その結果、(1)超伝導コイルに与える熱負荷は設計許容値以下、(2)クライオスタット内の炉停止後線量は300$$mu$$Sv/h程度であり、緊急時には人のアクセスも可能、(3)絶縁材・永久磁石等機能材料の機械・電気・磁気特性劣化はITERの寿命中には起こらない、ことが判明した。現ITER NBシステム設計の問題点の1つは、高電位(1MV)上におかれるイオン源と加速器を絶縁するガス中に流れる放射線誘導電流(RIC)である。放射線解析の結果、イオン源・加速器周囲の絶縁ガス中で約100kW、高電位給電管中で10kW程度のパワーロスがあることが明らかになった。この結果から、イオン源・加速器周囲の電気絶縁を真空絶縁方式とすること、また給電管中のガスを循環冷却することを提案する。

論文

Design analysis for reducing dose rate in the NBI to realize direct access by workers for a fusion experimental reactor

井上 多加志; 柴田 圭一郎*; 真木 紘一*; 山下 泰郎*

Fusion Technology 1996, 0, p.1799 - 1802, 1996/00

核融合実験炉用中性粒子入射装置(NBI)では、炉本体と直結する入射ポート・ビームダクトを通って中性子がNBI内へストリーミングするため、NBI機器が放射化することは避けられない。しかしながら、たとえばITER用NBIでは、主要機器である負イオン源・加速器は炉から20m程離れた遠方に設置されるため、ビームライン中で4桁の中性子束の減衰が期待され、装置の機能・寿命は確保できる。本研究ではNBI室内での作業従事者近接保守を実現するためにITER用NBIの2次元中性子輸送計算・放射化計算・$$gamma$$線輸送計算を行った。その結果、NBI入射装置の外側に厚さ30cmのポリエチレンを中性子遮蔽として設置し、さらに厚さ15cmの磁気遮蔽体である鉄を$$gamma$$線遮蔽に併用することにより、NBI室内の炉停止1日後の線量当量を10$$mu$$Sn/hr程度まで低減しうることを明らかにした。これによりNBI室内での保守作業は作業従事者が直接行えるとの見通しが得られた。

口頭

長期的な地形変化を考慮した地層処分の隆起侵食シナリオ構築に関する方法論の検討

山口 正秋; 若杉 圭一郎; 小尾 繁; 注連本 英典; 柴田 雅博

no journal, , 

隆起・侵食は日本のほぼ全域で確認される長期的変動事象であることから、今後のシナリオ解析において不回避な事象と位置づけられる可能性が高い。本検討では、地形変化に関わる既往のモデルを用いて、隆起・侵食とそれに伴う標高と起伏の時間変化を考慮することにより、地形変化をふまえたシナリオの構築や影響評価に必要なパラメータ設定のための方法論を検討した。

口頭

放射性廃棄物地層処分に対する超長期の安全評価への反映を目的とした風化帯に関する情報の整理

注連本 英典; 若杉 圭一郎; 柴田 雅博; 山口 正秋

no journal, , 

放射性廃棄物の安全評価では、超長期の地質環境条件の変遷を考慮する必要がある。継続的な隆起・侵食作用によって長期間のうちに処分場が地表に近接するようなシナリオに対しては、地下浅部の環境に基づいて核種移行の評価を行う必要がある。一般に、地下深部は還元環境で遅い地下水流速が期待されるのに対し、地下浅部では風化作用により酸化的環境が形成され、水理特性、化学条件等について地下深部とは異なることが考えられる。そこで、本研究では、超長期の地層処分システムの安全評価における環境条件の設定に資するため、既存文献の調査により、風化帯についての情報の整理を行った。その結果、収集された37個のデータに基づき、風化帯の厚さの分布とそれらの特徴について論じた。風化帯と地形との関係を4つのパターンに類型化し、パターンの違いに寄与する因子について論じた。風化帯内部の地質環境条件は、地層・岩石の引張強度や空隙率などの物性について比較的情報が得られる反面、酸化還元電位や透水性についての情報は限られている。超長期の安全評価における地表近接の状態設定のためには、継続的な情報の調査及び時間軸を考慮した条件変化のパターンの検討が必要である。

口頭

概要調査段階における設計・性能評価手法の高度化,3; シナリオ開発手法に関する検討

柴田 雅博; 牧野 仁史; 若杉 圭一郎; 江橋 健; 黒澤 進*; 後藤 考裕*; 稲垣 学*

no journal, , 

NUMO-JAEA共同研究の一環として実施したシナリオ開発手法の検討の成果について報告する。本検討では、FEPに基づくボトムアップアプローチと安全機能を基軸としたトップダウンアプローチとを組み合わせたアプローチによる状態設定について、試行を通じて、その基本手順と作業・情報フローを示した。

口頭

Scenario development for the risk-informed safety assessment of geological disposal

牧内 秋恵*; 石田 圭輔*; 黒澤 進*; 稲垣 学*; 梅木 博之*; 江橋 健; 若杉 圭一郎; 牧野 仁史; 柴田 雅博

no journal, , 

原子力発電環境整備機構(NUMO)は、最新の知見に基づき、高レベルガラス固化体およびTRU廃棄物の地層処分に係るセーフティーケースの構築を実施している。並行して、原子力機構(JAEA)は、代替的な処分オプションとして、使用済燃料の地層処分の調査研究に着手している。このような状況を踏まえ、NUMOおよびJAEAは、共通的に利用可能な、以下の特徴を有するシナリオ構築方法を共同で作成した。まず、シナリオまたはプロセスの発生可能性や影響を併せて考慮することに着目し、線量確率分解アプローチを採用する。当該アプローチは国際放射線防護委員会(ICRP)により提案されており、また、日本における低レベル放射性廃棄物処分の安全規制に適用されている。次に、地層処分システムへ影響を与え得るプロセスを効率的に特定するため、想定しうる様々なプロセスを、発生可能性や安全機能への影響の観点から、FEP(Feature, Event, Process)情報を用いた監査も行いながら分析する。この手法では、シナリオの分析や設定に係る様々な判断について、様々なツールかつまたはプロダクトを用いることにより追跡性を高めた。その一つの例として、地層処分システムの安全機能や、プロセス、状態変数の相関関係を構造的に示すための「安全機能/状態変数/プロセス図」が挙げられる。この発表においては、上記の特徴を有するシナリオ構築方法についていくつかの事例を示しつつ、詳細に説明する。

口頭

直接処分研究のための使用済燃料の多様性を考慮したモデルインベントリ評価

石谷 和己; 柴田 雅博; 江橋 健; 若杉 圭一郎; 牧野 仁史; 蛯名 貴憲*

no journal, , 

我が国では使用済燃料として多様な炉型・燃料タイプ・燃焼度・冷却期間の燃料が発生しており、直接処分研究では、これらの多様性を発生量及び特徴を踏まえて類型化し、設計・性能評価に用いるモデルインベントリを設定する必要がある。そのため、前提となる使用済燃料の発生量についてのモデル計算による推計を試みるとともに、モデルインベントリの設定に向けての特徴の把握と類型化の観点を整理した。

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